阳极氧化硅表面纳米孔形成研究

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光辅助电化学深刻蚀技术以其所具有高深宽比和低成本等优点,目前已经在MEMS传感器、光子晶体等领域得到广泛应用。但目前在利用电化学刻蚀方法进行多孔硅结构或沟槽结构的制备实验研究过程中,在多孔硅结构上经常出现一些纳米级的‘寄生’的微孔,这些气泡状的微孔严重影响了多孔硅结构或沟槽结构的形态,降低了器件的性能。与此同时,在制作量子器件、传感器、分子过滤器等领域,纳米量级的多孔硅层可以发挥重要的作用。本论文研究了N型<100>晶向硅片在阳极氧化过程中表面形成纳米级微孔的规律,为抑制多孔硅制备过程中的各种纳米级‘寄生’孔现象找出理论原因,并在此基础上,进行了纳米级微孔阵列的尝试性制作,期望得到孔径尽可能小的较为理想的纳米级微孔及沟槽结构,为以后完善采用电化学方法制备纳米级的多孔结构奠定理论实验基础。 本文第一章首先对电化学深刻蚀技术及其产生背景进行介绍和说明,然后对电化学技术制备多孔硅技术的发展现状进行简要介绍,并在此基础上导出本论文所做的主要工作; 第二章介绍电化学刻蚀多孔硅的原理及工艺步骤,进而对本实验研究中所使用的实验装置及基于Labview软件控制平台的实验控制系统等进行扼要介绍和讲解; 在第三章中首先对电化学深刻蚀实验的样片前期处理工序进行概述,然后依次对三种在电化学深刻蚀实验中出现的寄生现象:利用低应力氮化硅作掩膜层时的不规则针孔现象、利用电化学深刻蚀方法制备沟槽微结构时的线性孔化现象、以二氧化硅作掩膜层时的“边孔”现象进行了介绍和特点描述,然后通过给出本论文研究中得到的相关的实验结果得到上述几种实验过程中的寄生现象与各种实验条件之间的关系,这些条件包括HF浓度、腐蚀电流、掩膜层成分等,通过对比不同条件下实验结果的不同之处,推测上述几种寄生现象的形成机理,提出相应的抑制办法。 第四章介绍了利用电化学深刻蚀技术,分别以低应力氮化硅和二氧化硅作掩膜层的情况下单晶硅样片进行纳米级多孔硅的实验型制备的介绍,同时给出了相应的实验结果并指出了不足,对这些试验结果进行了理论上的讨论和解释,如讨论了严重的侧向腐蚀现象出现的理论原因等。第五章对论文做全面总结并对电化学深刻蚀技术制备纳米级多孔硅的发展作展望。
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